陳 鴻， 殷曉東， 李 勇

(1. 中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司， 河北 三河 065201; 2. 中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司， 天津 300133)

蒙華鐵路中條山隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

陳 鴻1， 殷曉東1， 李 勇2

(1. 中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司， 河北 三河 065201; 2. 中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司， 天津 300133)

針對(duì)蒙華鐵路中條山隧道在施工過程中遇到的圍巖軟弱易風(fēng)化、仰拱開挖后基底承載力不足、斜井砂礫層承壓富水和隧道涌水量大等問題，介紹施工過程中所采用的軟弱圍巖微臺(tái)階帶仰拱一次開挖快速封閉成環(huán)、鐵路單線隧道二次襯砌仰拱及仰拱填充大區(qū)段、碎石換填基底加固并在基底埋設(shè)排水管以及分段截流、反坡排水等關(guān)鍵施工技術(shù)。主要研究結(jié)論如下： 1)仰拱與下臺(tái)階一次爆破成型，減少了爆破圍巖的二次擾動(dòng)，能有效控制周邊收斂和拱頂沉降； 2)采用24 m單線隧道全液壓履帶式棧橋，有效減少了仰拱之間施工縫隙對(duì)接次數(shù)，提高了仰拱的整體性； 3)對(duì)有水軟巖地段采用碎石換填并注漿加固，起到了良好的堵水效果； 4)采取分段截流，減少了反坡施工掌子面的排水量，加快了掌子面的施工進(jìn)度。

帶仰拱一次開挖； 快速封閉成環(huán)； 仰拱大區(qū)段施工； 基底換填加固； 分段截流

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，鐵路建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)高潮期，鐵路隧道建設(shè)越來越多。由于鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，鐵路隧道的長(zhǎng)度、埋深和跨度越來越大，穿越地區(qū)的自然條件越來越復(fù)雜，工程的規(guī)模和難度越來越大，施工所面臨的諸如軟弱破碎圍巖、高承壓富水巖層等問題也越來越多。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)隧道施工的相關(guān)問題進(jìn)行過諸多研究： 文獻(xiàn)[1-2]認(rèn)為軟弱圍巖及特殊圍巖均可采用開挖斷面及早閉合的開挖及支護(hù)方法，認(rèn)為早閉合能把隧道開挖對(duì)周邊的松弛降低到最小限度； 文獻(xiàn)[3-4]認(rèn)為軟弱圍巖應(yīng)盡量采用全斷面(含仰拱)法隧道開挖，盡可能快速封閉成環(huán)，有利于施工拱腳下沉的控制； 文獻(xiàn)[5-7]認(rèn)為采用仰拱臺(tái)車與二次襯砌同步施工可以節(jié)省投資、保證質(zhì)量和方便施工。在富水條件下，為確保仰拱基底質(zhì)量及控制地下水，文獻(xiàn)[8-10]采取了“注漿減排、降水降壓”的處理方案。為了解決隧道施工期間反坡排水問題，文獻(xiàn)[11-15]研究了長(zhǎng)距離反坡排水集水坑的設(shè)置、排水作業(yè)的管理等適宜山嶺隧道的反坡排水方法。由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，不同的隧道施工方法不同，結(jié)合蒙華公司“三超前、四到位、一強(qiáng)化、兩緊跟、一墊實(shí)”，即超前預(yù)報(bào)、超前加固和超前支護(hù)，工法選擇到位、支護(hù)措施到位、快速封閉到位、襯砌跟進(jìn)到位，強(qiáng)化量測(cè)，格柵鋼架必須緊貼掌子面、鋼架封閉成環(huán)緊跟下臺(tái)階，鋼架腳必須墊實(shí)的隧道施工管理理念和技術(shù)要求。本文以中條山隧道為例，針對(duì)破碎軟弱圍巖、第三系弱膠結(jié)泥巖及斜井砂礫層承壓富水等問題，介紹相關(guān)施工技術(shù)。

1 工程概況

蒙華鐵路為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)重載鐵路，設(shè)計(jì)速度為120 km/h。中條山隧道穿越中條山山脈，隧道進(jìn)口端位于運(yùn)城市鹽湖區(qū)境內(nèi)，出口端位于運(yùn)城市平陸縣常樂鎮(zhèn)劉衛(wèi)莊村。設(shè)計(jì)為雙洞單線隧道，線間距為35 m，最大埋深約840 m，左線全長(zhǎng)1萬(wàn)8 405 m，右線全長(zhǎng)1萬(wàn)8 410 m。線路平面示意如圖1所示。隧道設(shè)計(jì)為“人”字坡，最大縱坡為5.1‰，進(jìn)口端14.6 km為上坡，出口端3.8 km為下坡。隧道軌面以上凈空橫斷面面積為33.07 m2，隧道內(nèi)均采用無(wú)砟軌道。單線隧道建筑限界及內(nèi)輪廓如圖2所示。

圖1 線路平面示意圖

中條山隧道穿過的主要地層有太古界變質(zhì)巖，震旦系和寒武系沉積巖，第三系半成巖礫巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖，第四系新、老黃土層。不良地質(zhì)主要有斷層破碎帶、巖爆及第三系高承壓水等，施工風(fēng)險(xiǎn)極高，難度極大，為全線控制性工程，一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道。尤其洞身長(zhǎng)距離穿過第三系上新統(tǒng)礫巖、砂質(zhì)泥巖、砂層地層，且該段為高承壓含水第三系N2洪積扇層，水頭高出隧道底板80～177 m，涌水量為3萬(wàn)6 500 m3/d。開挖過程中容易出現(xiàn)“關(guān)門”塌方事件，且隧底圍巖有水極易軟化，施工進(jìn)度受到制約，基底質(zhì)量無(wú)法控制。在穿越此地層段落施工時(shí)掌子面涌水量最大達(dá)300 m3/h，整個(gè)段落涌水量最大達(dá)5萬(wàn)2 000 m3/d。在確保安全情況下，為加快施工進(jìn)度，除挑頂采用帷幕注漿預(yù)加固外，其他段落采取雙層小導(dǎo)管，微臺(tái)階帶仰拱一次開挖快速封閉成環(huán)施工，及時(shí)對(duì)基底進(jìn)行換填注漿加固，后期進(jìn)行局部徑向注漿堵水，安全順利通過了第三系地層。

(a) 單線隧道建筑限界及內(nèi)輪廓圖(無(wú)砟)

(b) 單線隧道建筑限界及內(nèi)輪廓圖(有砟)

Fig. 2 Construction clearance and inner profile of single-line railway tunnel(unit: cm)

根據(jù)區(qū)內(nèi)地形、地貌和巖性構(gòu)造條件，中條山隧道區(qū)內(nèi)可分為3個(gè)水文區(qū)劃單元，即運(yùn)城盆地水文區(qū)(Ⅰ)、中條山基巖水文區(qū)(Ⅱ)和中條山南麓水文區(qū)(Ⅲ)。水文地形示意如圖3所示。

圖3 水文地形示意圖

2 影響施工的主要問題

根據(jù)區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)資料，影響隧道施工的問題主要包括以下方面。

1)軟弱圍巖施工安全控制問題。隧道洞身通過第三系半成巖礫巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖，第四系新、老黃土層，特別是穿越150 m粉細(xì)砂地層，巖體強(qiáng)度低，遇水易軟化，施工風(fēng)險(xiǎn)極大，需研究新的工法工藝確保施工安全。

2)仰拱及底板的施工質(zhì)量問題。隧道底為第三系半成巖礫巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖且富水，開挖后軟化的泥砂不斷沉積，基底承載力明顯下降，對(duì)仰拱的質(zhì)量存在嚴(yán)重隱患。

3)有水地段施工工效問題。中條山隧道3#斜井和5#斜井施工段工程地質(zhì)、水文地質(zhì)極為復(fù)雜，存在連續(xù)第三系礫巖、砂質(zhì)泥巖，其中第三系富水弱膠結(jié)礫巖、泥巖和砂質(zhì)泥巖單洞長(zhǎng)達(dá)2 350 m，日常涌水量達(dá)3萬(wàn)6 500 m3/d。在這些地段處理好截排水，提高施工工效是重點(diǎn)。

3 中條山隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 微臺(tái)階帶仰拱一次開挖快速封閉成環(huán)施工技術(shù)

為保證施工安全，軟巖隧道一般采用臺(tái)階法施工。大量施工案例表明，臺(tái)階法施工受到步距限制，極大影響施工效率。如果超步距施工，則可能因初期支護(hù)閉合不及時(shí)造成安全隱患。針對(duì)中條山隧道一般軟巖情況(如果地層為細(xì)砂層或掌子面為不穩(wěn)定的軟巖則需預(yù)加固)，在施工時(shí)均采用了微臺(tái)階帶仰拱一次開挖快速封閉成環(huán)的施工技術(shù)。開挖臺(tái)階長(zhǎng)度為5～6 m，上臺(tái)階臺(tái)階高度為5.5～6 m，下臺(tái)階高度為4.0～4.5 m。臺(tái)階法開挖示意如圖4所示。

(a) 臺(tái)階法開挖工序斷面示意圖

(b) 臺(tái)階法開挖現(xiàn)場(chǎng)照片

微臺(tái)階帶仰拱一次開挖快速封閉成環(huán)施工，即上、下臺(tái)階及仰拱同步鉆孔爆破，起爆后首先進(jìn)行上臺(tái)階扒碴，待拱架進(jìn)至上臺(tái)階并開始立拱后進(jìn)行下臺(tái)階及仰拱出碴與立拱。如果局部出現(xiàn)欠挖，則采用手持風(fēng)鎬對(duì)欠挖處進(jìn)行處理，滿足凈空條件后才能立拱。立拱完成后，按仰拱、下臺(tái)階、上臺(tái)階順序施作初期支護(hù)混凝土，下臺(tái)階與仰拱初期支護(hù)混凝土施作完成后采用洞碴回填仰拱以滿足行車要求，待施作仰拱二次襯砌與填充時(shí)再以人工配合機(jī)械進(jìn)行仰拱回填洞碴的清運(yùn)。微臺(tái)階帶仰拱一次開挖快速封閉成環(huán)施工工藝流程如圖5所示。

圖5 微臺(tái)階帶仰拱一次開挖快速封閉成環(huán)施工工藝流程圖

Fig. 5 Flowchart of construction sequence of rapid closed ring by micro-bench with one-time inverted arch excavation

該技術(shù)施工要點(diǎn)： 1)做好上、下臺(tái)階開挖高度和長(zhǎng)度，以及仰拱開挖進(jìn)尺的控制； 2)為減少變形，避免“關(guān)門”塌方，開挖后應(yīng)及時(shí)架設(shè)仰拱初期支護(hù)拱架，下臺(tái)階及仰拱支護(hù)作業(yè)同步進(jìn)行，一次施工1—2榀，初期支護(hù)拱架與下臺(tái)階拱架連接牢固； 3)遵守“先仰拱后下臺(tái)階”的噴混凝土順序，同時(shí)盡量采用濕噴機(jī)械手噴射混凝土作業(yè)，縮短封閉時(shí)間，完成后及時(shí)回填仰拱和吊移上臺(tái)階臺(tái)架，然后噴上臺(tái)階混凝土。

為使現(xiàn)場(chǎng)施工工序銜接緊湊、工序之間平行作業(yè)，上臺(tái)階配置開挖人員10人(8臺(tái)YT-28)，下臺(tái)階配置開挖人員6人(4臺(tái)YT-28)進(jìn)行施工。在施工期間為確保每道工序時(shí)間可控，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每道施工工序時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，主要施工工序作業(yè)時(shí)間(單循環(huán))見表1。每月實(shí)際進(jìn)度為70～75 m。

采用微臺(tái)階帶仰拱一次開挖快速封閉成環(huán)施工，單循環(huán)作業(yè)時(shí)間與傳統(tǒng)臺(tái)階法施工相比增加0.5 h左右，但減少了后期仰拱開挖對(duì)掌子面施工的干擾。與傳統(tǒng)臺(tái)階開挖法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1)成環(huán)時(shí)間短，確保掌子面不出現(xiàn) “關(guān)門” 塌方事故； 2)仰拱與掌子面同時(shí)開挖爆破，減少了后期仰拱開挖爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)； 3)仰拱與下臺(tái)階初期支護(hù)拱架一次性安裝到位，確保了鋼架之間的連接質(zhì)量，初期支護(hù)的施工質(zhì)量能得到很好控制。

3.2 大區(qū)段施工技術(shù)

為確保仰拱基底清理干凈，保證仰拱施工質(zhì)量，減少仰拱之間施工縫隙對(duì)接次數(shù)，蒙華公司提出與鐵路隧道工程施工技術(shù)指南要求(仰拱分段長(zhǎng)度宜為4～6 m)不一樣的仰拱施工工法，即每次仰拱基底清理長(zhǎng)度不得小于24 m，每次澆筑仰拱長(zhǎng)度盡量與二次襯砌臺(tái)車長(zhǎng)度一致，做到仰拱、二次襯砌同縫，簡(jiǎn)稱大區(qū)段仰拱施工。

表1主要施工工序作業(yè)時(shí)間表(單循環(huán))

Table 1 Time needed of main construction sequences (single cycle)

施工工序工序時(shí)間/min備注施工準(zhǔn)備20含風(fēng)水管、風(fēng)鉆到位開挖臺(tái)架就位10測(cè)量放線15平行作業(yè),不占循環(huán)時(shí)間上、下臺(tái)階及仰拱鉆眼爆破170 含布孔、鉆孔、清孔、驗(yàn)孔,合計(jì)130min,裝藥爆破40min扒碴、開挖臺(tái)架就位50含裝藥、裝水袋、炮泥出碴180 與上臺(tái)階支護(hù)平行作業(yè),不占循環(huán)時(shí)間(含上臺(tái)階鋼架、錨桿、鋼筋網(wǎng)、超前小導(dǎo)管安裝)下臺(tái)階及仰拱支護(hù)110 下臺(tái)階及仰拱鋼架、錨桿、鋼筋網(wǎng)安裝,不包含與上臺(tái)階平行作業(yè)的60min仰拱、下臺(tái)階噴混凝土30自下而上,先仰拱后下臺(tái)階仰拱初期支護(hù)面回填30回填洞碴上臺(tái)階噴混凝土120 濕噴機(jī)械手前行和上臺(tái)階噴混凝土

注： 1)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，制約因素較多，工序時(shí)間為經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后的平均值。2)單循環(huán)時(shí)間合計(jì)735 min。

采取大區(qū)段仰拱施工后傳統(tǒng)的仰拱棧橋無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工，現(xiàn)場(chǎng)仰拱二次襯砌混凝土及仰拱填充采用了鐵路單線隧道全液壓履帶式棧橋(有效跨距25.5 m)，分區(qū)段同步平行作業(yè)。仰拱大棧橋外觀尺寸為36.5 m(長(zhǎng))×3.8 m(寬)×3 m(高)，橋面與填充面之間高76 cm。單線隧道二次襯砌仰拱大區(qū)段棧橋及施工現(xiàn)場(chǎng)照片如圖6所示。

仰拱二次襯砌施工時(shí)主要施工工序如下： 回填洞碴清理—棧橋行走—仰拱鋼筋綁扎、施工縫處理—仰拱二次襯砌模板安裝—仰拱混凝土澆筑—仰拱二次襯砌模板拆除及填充模板安裝—填充混凝土澆筑—模板拆除及混凝土養(yǎng)生。二次襯砌仰拱及仰拱填充大區(qū)段施工工藝流程如圖7所示。

(a) 單線隧道二次襯砌仰拱大區(qū)段棧橋照片

(b) 單線隧道二次襯砌仰拱大區(qū)段施工現(xiàn)場(chǎng)照片

Fig. 6 Trestle and inverted arch construction site of large-section inverted arch for secondary lining for single-line railway tunnel

圖7 二次襯砌仰拱及仰拱填充大區(qū)段施工工藝流程圖

Fig. 7 Flowchart of construction sequence for inverted arch of secondary lining and large-section filling of inverted arch

大區(qū)段仰拱施工要點(diǎn)： 1)由于棧橋前引橋較長(zhǎng)，每次清碴區(qū)段長(zhǎng)6 m，每次清理完成后，二次襯砌仰拱棧橋前行6 m。前行過程中，為保證棧橋后端已施工完成的仰拱填充面不因受力面積小而壓壞，在仰拱填充面上鋪設(shè)鋼板(長(zhǎng)1.2 m，寬1.5 m，厚6 mm)以擴(kuò)大受力面積。2)利用掌子面鉆眼時(shí)間進(jìn)行撿底，減少施工干擾。3)當(dāng)仰拱穿過不同地層時(shí)，必須從分界處斷開，防止不均勻沉降，造成仰拱開裂。

采用大區(qū)段仰拱二次襯砌施工，有鋼筋地段配置32人，單循環(huán)時(shí)間在110 h左右(含養(yǎng)護(hù)時(shí)間40 h)，每月進(jìn)尺140 m左右； Ⅲ級(jí)圍巖仰拱二次襯砌單循環(huán)時(shí)間在90 h左右，每月進(jìn)尺190 m左右。

采用仰拱大區(qū)段施工工法，仰拱可分區(qū)段進(jìn)行清碴、鋼筋綁扎、仰拱弧形模板安裝等工序平行作業(yè)，施工集中，減少工序銜接，提高工效。和傳統(tǒng)施工工法相比： 減少了勞動(dòng)力投入，減少了縱向鋼筋接頭和施工縫設(shè)置，減少了機(jī)械設(shè)備投入，節(jié)約了成本； 而且實(shí)現(xiàn)了仰拱二次襯砌施工機(jī)械化，改善了仰拱二次襯砌的施工安全條件，推動(dòng)了隧道仰拱二次襯砌施工技術(shù)的發(fā)展。

3.3 軟弱圍巖基底施工技術(shù)

1)為確保施工安全，初期支護(hù)仰拱緊跟掌子面下臺(tái)階，仰拱初期支護(hù)與下臺(tái)階一次開挖成型，并及時(shí)封閉成環(huán)。但由于第三系弱膠結(jié)礫巖、泥巖和砂質(zhì)泥巖富水，地下水和施工用水不斷向仰拱匯集，導(dǎo)致隧道基底出現(xiàn)大面積積水，其遇水后軟化，軟化后的泥砂不斷沉積，施工中泥水難以清除干凈，將導(dǎo)致仰拱初期支護(hù)和圍巖之間存在軟弱泥砂夾層。同時(shí)由于隧底匯水量較大，導(dǎo)致仰拱內(nèi)積水抽完之后，水又迅速匯集，基底擾動(dòng)圈泥化，水的滲透性強(qiáng)和人工對(duì)泥化層進(jìn)行清理時(shí)產(chǎn)生二次擾動(dòng)，下層基底又出現(xiàn)軟化，人工不斷清理基底軟化層，導(dǎo)致超挖較大。為確?；子倌嗖粚?duì)基底質(zhì)量造成隱患，在安裝仰拱拱架前沿基底弧形圈鋪設(shè)厚度為20～30 cm的碎石(直徑2～3 cm)，并采用小型打夯機(jī)夯實(shí)，然后再安裝仰拱拱架，防止噴射混凝土與底部淤泥混合，影響混凝土質(zhì)量。碎石回填見圖8。待仰拱初期支護(hù)完成后對(duì)基底采取鋼花管注漿固結(jié)加固。二次襯砌仰拱及仰拱填充采用鐵路單線隧道全液壓履帶式棧橋，進(jìn)行全幅一次性施工(單次施工不小于24 m)，棧橋斷面高，基底加固在棧橋下進(jìn)行?；鬃{加固施工程序如下： 施工準(zhǔn)備—虛碴清理—測(cè)量放樣—鉆孔—清孔—安裝注漿管—配制水泥漿、注漿—注漿效果檢查。

(a) 仰拱初期支護(hù)底部回填碎石現(xiàn)場(chǎng)照片

(b) 仰拱初期支護(hù)噴射混凝土前現(xiàn)場(chǎng)照片

注漿孔采用移動(dòng)鉆機(jī)開孔，孔徑為52 mm，孔環(huán)、縱向間距為1.5 m×1.5 m，梅花形布置。注漿管

采用φ50 mm、壁厚3.5 mm的熱軋無(wú)縫鋼管，鋼管長(zhǎng)2.5 m，漿液采用雙快硫鋁酸鹽水泥單液漿及部分超細(xì)水泥單液漿。基底注漿加固每24 m分4個(gè)5 m段、1個(gè)4 m段施工，每段注漿孔間隔打設(shè)，跳孔注漿。為防止?jié){液向外部擴(kuò)散，由隧道兩側(cè)向隧道中間分序注漿。為確?；准庸藤|(zhì)量，每段基底注漿加固完成后對(duì)隧道中線兩側(cè)各1.5 m進(jìn)行補(bǔ)注漿，起到整體補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)充薄弱點(diǎn)作用。每24 m補(bǔ)注23孔，孔深為1.5 m，橫向間距為1.5 m，縱向間距為2.0 m，梅花形布置。仰拱基底注漿加固孔位布置如圖9所示。

2)初期支護(hù)仰拱完成后，在初期支護(hù)仰拱內(nèi)底部縱向鋪設(shè)土工布，無(wú)紡布上鋪設(shè)凹凸排水板，土工布與排水板間鋪設(shè)環(huán)縱向盲管，盲管均外裹無(wú)紡布。在初期支護(hù)仰拱上隧道中線位置縱向貫通并排鋪設(shè)3根φ100 mm HDPE雙孔波紋管，橫向每隔3 m設(shè)置1道φ50 mm加勁軟式透水盲管，環(huán)向盲管直接引入隧道水溝，其上采用HDPE凸殼型排水板(寬0.5 m，厚1 mm，凸殼高10 mm)覆蓋，排水板沿兩側(cè)射釘固定，最后在縱向排水管上采用1.0 m寬EVA防水板覆蓋。仰拱底部水通過仰拱底部排水管與橫向透水盲管排出，減少仰拱底部積水。初期支護(hù)仰拱內(nèi)底部環(huán)縱向盲管鋪設(shè)及排水效果如圖10所示。

圖9 仰拱基底注漿加固孔位布置圖(單位： cm)

(a) 初期支護(hù)仰拱內(nèi)底部環(huán)縱向盲管鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)照片

(b) 初期支護(hù)仰拱內(nèi)底部縱向盲管排水現(xiàn)場(chǎng)照片

3)沿隧道排水溝打設(shè)φ50 mm泄水降壓孔，孔間距為5 m，孔深入溝槽以下5 m。在水溝底降壓孔口安設(shè)單向壓力閥門，基底壓力水升高至溝底時(shí)壓力閥自動(dòng)頂開，水位下降時(shí)壓力閥自動(dòng)關(guān)閉。

3.4 軟弱圍巖富水地段截排水處理

斜井涌水采取掌子面上、下臺(tái)階分別抽排，掌子面后方分段截流抽排，形成靈活高效的組合截排水系統(tǒng)。掌子面涌水快速排出洞外，改善了掌子面作業(yè)環(huán)境，確保工程質(zhì)量和安全。斜井分段截排水布置如圖11所示。

在掌子面后方底板分段設(shè)置集水井和橫向截水溝截水。集水井沿隧道縱向每隔15～20 m設(shè)置1道，橫向截水溝將集水井和邊溝連通，集水井尺寸為2 m×2 m×1.5 m，橫向截水溝深0.3 m，寬0.4 m。在集水井及水溝上方覆蓋2 cm厚鋼板并用麻筋填塞。每個(gè)集水井安裝3 kW污水泵1臺(tái)進(jìn)行排水，φ60 mm軟管連接至排水主管道進(jìn)入洞內(nèi)大排水箱。集水井結(jié)構(gòu)如圖12所示。集水井效果如圖13所示。

圖11 斜井分段截排水布置示意圖(單位： cm)

圖12 集水井結(jié)構(gòu)圖(單位： cm)

圖13 集水井效果圖

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

1)將仰拱初期支護(hù)納入臺(tái)階法工序，減少了仰拱單獨(dú)開挖工序，縮短了仰拱施工循環(huán)時(shí)間，杜絕了“關(guān)門”塌方事故的發(fā)生。仰拱與下臺(tái)階一次爆破成型，減少了爆破圍巖的二次擾動(dòng)，能有效控制周邊收斂和拱頂沉降。采取微臺(tái)階帶仰拱一次開完，及時(shí)封閉成環(huán)后與前期未一次開挖封閉成環(huán)對(duì)比，累計(jì)變形值明顯減少。

2)采用24 m單線隧道全液壓履帶式棧橋，有效減少了仰拱之間施工縫隙對(duì)接次數(shù)，節(jié)約了成本，提高了仰拱的整體性，對(duì)改善隧道質(zhì)量通病、提高仰拱施工質(zhì)量具有極大效果。在滿足各種運(yùn)輸車輛正常通行的前提下可進(jìn)行仰拱同步作業(yè)，且能滿足不同工況需要，可實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)就位。

3)對(duì)有水軟巖地段采用碎石換填并注漿加固，起到了對(duì)仰拱初期支護(hù)混凝土與圍巖間的軟弱夾層或碎石層的充填和固結(jié)作用，并具有良好的堵水效果，整體提高了基底的強(qiáng)度和剛度，有效解決了基底軟弱及承載力不足等問題。

4)采取分段截流，減少了反坡施工掌子面排水量，加快了掌子面的施工進(jìn)度，減少了循環(huán)時(shí)間，提高了施工工效。

4.2 討論

1)采用微臺(tái)階帶仰拱一次開挖快速封閉成環(huán)施工技術(shù)，仰拱及時(shí)封閉成環(huán)后沉降和收斂累計(jì)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)預(yù)留值，現(xiàn)場(chǎng)安全、質(zhì)量可控。有必要進(jìn)一步通過理論與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法探索當(dāng)仰拱及時(shí)封閉成環(huán)后最終位移值的預(yù)留，以及二次襯砌與掌子面的合理步距要求。同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步研究微臺(tái)階帶仰拱一次開挖可否全面推廣運(yùn)用，尤其是在高地應(yīng)力軟巖環(huán)境和富水軟弱圍巖環(huán)境下。

2)采用24 m長(zhǎng)棧橋施工對(duì)仰拱施工質(zhì)量有了顯著提高，但還需進(jìn)一步研究采用24 m長(zhǎng)棧橋后仰拱填充施工的合理長(zhǎng)度，研究合理的棧橋長(zhǎng)度施工，力爭(zhēng)做到二縫(二次襯砌、仰拱)合一。

3)第三系富水地層采用碎石換填加固，效果較好，但還應(yīng)進(jìn)一步研究富水軟巖施工時(shí)仰拱基底水的處理及仰拱施工質(zhì)量的控制方法，確保基底質(zhì)量。

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KeyConstructionTechnologiesforZhongtiaoshanTunnelonMenghuaRailway

CHEN Hong1, YIN Xiaodong1, LI Yong2

(1.The2ndEngineeringCo.,Ltd.ofChinaRailwayTunnelGroup,Sanhe065201,Hebei,China; 2.ChinaRailwayTunnelSurveyandDesignInstituteCo.,Ltd.,Tianjin300133,China)

During the construction of Zhongtiaoshan Tunnel on Menghua Railway, a series of problems, i.e. soft and weak and weathered surrounding rock, inadequate bearing capacity of inverted arch base, rich water of sandy-cobble load bearing strata of inclined shaft and large volume of water inrush of tunnel, were encountered. Key technologies, i.e. rapid closed ring by micro-bench of soft and weak surrounding rock with one-time inverted arch excavation, large-section filling of inverted arch of secondary lining and inverted arch of single-line railway tunnel, spall filling and reinforcement of inverted arch base and drainage pipe set in inverted arch base (including sectioned water stop and reverse-slope drainage technology), are introduced. Some conclusions are drawn as follows: 1) The secondary disturbance of surrounding rock can be reduced and the surrounding convergence and crown top settlement can be effectively controlled by one-time blasting and shaped of inverted arch and lower bench. 2) The connecting time of construction joints between inverted arches can be reduced and the integrity of inverted arch can be improved by 24 m-long hydraulic crawler-type trestle. 3) The water stop effect of water-contained soft rock section can be improved by spall filling and grouting reinforcement. 4) The water drainage volume of reserve slope-face excavation can be reduced and the construction schedule of excavation face can be shortened by sectioned water stopping technology.

one-time excavation with inverted arch; rapid closed ring; large-section construction of inverted arch; base filling reinforcement; sectioned water stop

2017-07-14;

2017-09-20

陳鴻(1976—)，男，四川大竹人，2000年畢業(yè)于山東科技大學(xué)，采礦工程專業(yè)，本科，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事隧道及地下工程的施工管理技術(shù)工作。E-mail： 599306545@qq.com。

10.3973/j.issn.2096-4498.2017.12.012

U 45

B

2096-4498(2017)12-1585-08